什么是PLC？单片机和PLC有什么区别？

自二十世纪六十年代美国推出PLC取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时PLC的功能也不断完善，随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

PLC

PLC (Programmable Logic Controller) 是可编程逻辑控制器，专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。

单片机

单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在各个领域广泛应用。

诸如手机、汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到单片机的身影。单片机的特点是编程、维护相对复杂，编程方式常用C语言或者汇编语言，成本较低，I/O接口相对有限。

PLC与单片机的区别

PLC是应用单片机构成的比较成熟的控制系统，是已经调试成熟稳定的单片机应用系统的产品，有较强的通用性。单片机可以构成各种各样的应用系统，使用范围更广，但单就“单片机”而言，它只是一种集成电路，还必须与其它元器件及软件构成系统才能应用。从工程的使用来看，对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC快捷方便，成功率高，可靠性好，但成本较高。对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定。

从本质上说，PLC其实就是一套已经做好的单片机（单片机范围很广泛）系统。　　

PLC的特点

PLC广泛使用梯形图代替计算机语言，对编程有一定的优势。你可以把梯形图理解成是与汇编等计算器语言一样，是一种编程语言，只是使用范围不同。而且通常做法是由PLC软件把你的梯形图转换成C或汇编语言（由PLC所使用的CPU决定），然后利用汇编或C编译系统编译成机器码。PLC运行的只是机器码而已，梯形图只是让使用者更加容易使用而已。

如所说，MCS-51单片机也可以用于PLC制作，只是8位CPU在一些高级应用如：大量运算（包括浮点运算）、嵌入式系统（现在UCOS也能移植到MCS-51）等，有些力不从心而已。不过加上DSP就已经能满足一般要求了，而且同样使用梯形图编程，我们可把梯形图转化为C51再利用KEIL的C51进行编译。不难发现不同型号的PLC会选用不同的CPU，其实也说明PLC就是一套已经做好的单片机系统。　　

这样一看PLC其实并不神秘，不少PLC是很简单的，其内部的CPU除了速度快之外，其他功能还不如普通的单片机。通常PLC采用16位或32位的CPU，带1或2个的串行通道与外界通讯，内部有一个定时器即可，若要提高可靠性再加一个看家狗定时器问题就解决了。　　

另外，PLC的关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图语言的程序及辅助通讯程序，梯形图语言的解释程序的效率决定了PLC的性能，通讯程序决定了PLC与外界交换信息的难易。对于简单的应用，通常以独立控制器的方式运作，不需与外界交换信息，只需内部固化有能解释梯形图语言的程序即可。

实际上，设计PLC的主要工作就是开发解释梯形图语言的程序。现在的单片机完全可以取代PLC。以前的单片机由于稳定性和抗电磁干扰能力比较的弱和PLC是没有办法相比的，现在的单片机已经做到了高稳定性和很强的抗干扰能力在某些领域已经实现了替换。

单片机可以取代PLC吗？

有人说这是个伪问题，单片机是元器件，PLC是由元器件以及庞大的软件构成的系统，两者在这一方面没有可比性 —— 大多PLC的控制芯片实际上就是单片机，也就是说可以将PLC看成是单片机的二次开发。单论工业防护等级，单片机的稳定性和可靠性能根本比不了PLC这种IP67类的产品（ IP为标记字母，第一标记数字表示接触保护和外来物保护等级，第二标记数字表示防水保护等级）。而且就PLC这种能应对工业恶劣环境的产品还开发出一套冗余系统。

I/O功能

单片机的I/O点实在有限，而反观PLC呢？针对不同的现场信号，均有相应的I/O点可与工业现场的器件(如按钮、开关、传感电流变送器、电机启动器或控制阀等)直接连接，并通过总线与CPU主板连接。工业里几乎任意一条生产线，都有上百甚至上千I/O点，就这点单片机完全无法比拟。

开发周期

PLC的品牌多达200多种，几乎每个品牌都有不同编程软件，而且都在不断完善自己的编程软件，使之能够越来越简单的服务于电气工程师，而各种程序块也是越来越方便人性化的任意去调用，比如PID模块、运动控制模块等，大大减轻了工程师的开发压力也缩短了开发周期。

那单片机要如何实现？没有现成的模块使用，那就只能开发，那么做过非标自动化设备的工程师都会遇到工期不足问题。PLC这种高度集成化模块化的产品在达到满足设备所需的开发周期，在工期面前也是抓襟见肘，更不用说如同白纸一张的单片机。

通信距离

现在大多数流水线是要跨区域整合与监视的，所用的通讯方式多为以太网加中继器，或者直接走民用宽带光纤，所用的东西到最后很可能是用的就是微软的IE浏览器，很明显PLC是有RJ-45接口，即使本体没有RJ-45也可以配备以太网模块，可单片机搭载的PCB板能加上这个接口然后开发出以太网通信吗？开发需要多久？

编程语言

这点对单片机来讲是一个优势，同时也是一个劣势。上面提到PLC的品牌有两百多种，编程软件更多，尽管大多数PLC的编程语言都大同小异，但是每接触一款不同品牌的PLC，电气工程师就要从PLC的硬件参数、软元件、编程软件等等各个方面从头了解一次才能使用的得心应手。而单片机的编程语言用的是C语言或者汇编语言，这对于任何单片机都是通用的。换句话说，学会C语言或者汇编语言，便可以应用任何单片机开发想要的功能（前提是要有相关的电工电子学基础）。

但话又说回来，电气工程师不是电子工程师，他们的工作不是单单考虑单片机如何驱动继电器来控制机床的，甚至有的电气工程师都不会C语言、汇编语言之类的MCU开发语言。近些年，IEC-61131-3标准的推广，越来越多的PLC支持多种编程语言，如类似C语言的ST语言，类似电路图的CFC语言。这种便利的功能是传统单片机开发环境真的无法实现。

在工业控制领域，PLC占据绝对优势，就目前形势（单片机的功能、稳定性、易用性、编程及维护等）来看，单片机取代PLC那将是一项不可能完成，或者说期限趋向于无穷的艰巨任务。

揭密！各个品牌PLC的CPU内部使用的是什么芯片？

原创：PLC千千阙哥

「PLC快速入门 」

摘要：一般来说，PLC中最贵的部分是CPU模块，因为CPU模块是整个系统的控制中枢，相当于人的大脑和心脏。顾名思义，CPU模块是由CPU芯片和存储器、接口电路等一些外围器件组成的，那么，目前市场上，各个品牌的PLC CPU是采用哪些芯片呢？

1 PLC CPU模块的功能

CPU模块，是 PLC的核心，起着神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，控制整个系统工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。

PLC中的CPU模块实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对 CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能，能正确地使用它就够了。

CPU 模块的外部表现就是它工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块上有各种状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。

除了显示，CPU模块还有各种总线接口，用于连接 I/O模块或底板，如内存接口用于安装内存卡，通讯口用于进行通讯。

CPU模块上，还有许多设定开关，用以对 PLC 作设定，如设定PLC工作方式、内存区等。

2 各个品牌PLC CPU采用的芯片一览

我们知道，在本质上，PLC也是一种单片机，也要采用CPU芯片。市面上的PLC品牌和型号那么多，大家肯定很好奇，他们内部究竟是采用什么样的CPU芯片呢？本文就揭秘这个话题。

目前，对于CPU芯片，为了控制成本和后续升级维护方便，除了少数型号采用定制芯片外，大多数PLC品牌主要采用芯片厂家推出的通用芯片。

下面介绍各个品牌 PLC CPU芯片的使用情况

西门子 S7-300、S7-400系列的CPU芯片一直采用美国TI（德州仪器）生产的DSP；其中，414-3和414-4H主频为150MHz，417-4为200MHz。

西门子 S7-200系列小型PLC，是西门子从美国TI公司收购得来的产品，早期直接采用C51单片机，后来更新采用了TI公司的DSP，主频才24MHz，至今在中国市场仍大行其道。

美国GE公司 PAC RX3i 的CPU采用Intel的移动版Celeron（赛扬），处理器的主频为300Mhz；

美国GE公司 PAC RX7i 的CPU采用Intel的移动版Pentium3（奔腾3），处理器的主频为700Mhz；

施耐德 昆腾Quantum140 系列PLC采用Intel的移动版 Pentium MMX，主频为266Mhz；

美国罗克韦尔AB和霍尼韦尔HoneyWell的PLC，CPU都采用IBM制造的Power PC RISC芯片，主频才100MHz，虽然主频不高但性能依然很强劲。

和利时 DCS的CPU，采用Intel的486DX芯片，主频100Mhz；

GE-上海新华 DCS系统的CPU，采用Intel移动版Pentium2（奔腾2），主频400Mhz；

欧陆的T940X系列DCS，使用的是AMD的RISC芯片，主频133MHz；

中控的DCS ECS-100的CPU采用ARM芯片，主频才24MHz，但运算性能也足够用；

很多国产品牌PLC的CPU，都是采用意法半导体公司（ST）的STM32芯片，主频范围为36~72Mhz。

3 PLC CPU芯片性能不同，但实际使用差异并不明显

从以上一览表可以看出，各个品牌PLC采用的CPU芯片各种各样，主频更是从24Mhz~700Mhz，相差几十倍。

但在实际使用中，感觉他们彼此的差异并没有那么大，基本可以归类于同一个数量级。这是为什么呢？

原因就是相比于不同的硬件架构，不同的软件架构对性能有更大的影响。

在软件架构中，处于解释层的软件编译平台对性能影响占比最大。

而在分布式IO、DCS等大系统中，采用不同的网络架构对整体性能影响最大。

4 PLC芯片为什么不直接采用PC、手机芯片？

现在，PC、手机CPU芯片发展特别迅速，基本是一年一换代。

如高通推出的Qualcomm® 骁龙™ 660 处理器，采用14m八核架构，CPU频率2.2GHz，定位于中低端市场，目前已经被骁龙™ 710 处理器所替代。

如Intel公司的酷睿Core 四核处理器i5-8300H，采用4核8线程架构，主频2.3GHz，单核最大睿频4GHz，四核最大睿频3.9GHz，性能不知道比PLC使用的芯片高到哪里去了，而这还仅仅是一款快落伍的PC芯片。

既然PC和手机芯片性能这么强大，如果PLC采用这些CPU岂不是能上天？

现实情况是PLC的CPU芯片，最先进的也不过是Pentium3（奔腾3）这样的老古董。

存在即合理，这是因为除了成本以外，决定PLC或DCS使用PC、手机通用芯片最关键的问题是散热。

因为不管是寒冬还是酷暑，PLC都需要365天×24小时不间断稳定运行，而根据我们使用电脑、手机的经验，如果玩游戏或者打开大型软件，电脑和手机会发热、会变卡，甚至死机。

如果PLC直接使用电脑、手机CPU芯片，为了给CPU散热肯定要加个风扇，这样虽然散热没问题了，但风扇的寿命又是个问题。

另外风扇会增大PLC体积，导致安装不方便，同时风扇还要消耗电能，导致PLC电源规格也要增大，风扇还会导致PLC内部气流变化，把现场的很多腐蚀性的气体带进来，导致PLC内部器件提前老化.....等等问题。

总之，目前的PLC芯片虽然性能差一点，但完全能满足控制需求，而且相当稳定。

工业设备嘛，就该有工业设备的样子。

PLC快速入门

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